一种聚丙烯酰胺共混的高性能PEO基固态电解质及制备方法

本发明属于钠金属电池固态电解质材料，特别涉及一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质及制备方法。

背景技术：

1、由于化石能源的不可再生性，新能源已经成为人们关注的重中之重。新能源技术正在蓬勃的发展，锂电池已经运用到电动汽车和各类便携设备之中。然而锂元素在全球范围内低的丰度，严重阻碍了其的进一步发展。为此，采用储量十分丰富的钠元素代替锂元素，具有低的生产成本，钠电池被认为是具有吸引力的下一代储能设备。钠金属具有低还原电位（-2.71 v），较高的理论容量（1166 mah g-1），采用钠金属作为电池负极，可以有效应对锂资源缺乏，是实现高能量密度的重要方法。

2、但钠电池与锂电池面临着棘手的挑战，在传统液态电解液体系中，液态电解液会出现泄露和燃烧造成严重的安全问题。故而采用固态电解质与钠金属负极结合使用，不仅可以提高能量密度，还可以进一步降低液态电解液带来的安全隐患。在多种类型的固态电解质中，聚合物固态电解质具有良好的柔韧性、轻质、与电极界面相容性好、易加工等优点，具有良好的发展前景。其中聚环氧乙烷（peo）基固态电解质由于其优异的钠盐溶解能力、与钠金属负极界面相容性好、良好的辊对辊加工性能，被认为有很大的发展前景。

3、然而，在peo基固态电解质中，由于na+沿着分子链段的缓慢扩散导致室温下离子电导率（10-7-10-8），很低，无法满足日常使用，同时负极界面的浓差极化，枝晶易生长造成电池失效。为此可以采用离子液体、增塑剂、无机填料掺杂、分子共混等方法提升离子电导率。同时为了抑制枝晶的生长以及实现电池的高能量密度，通常通过在peo基电解质中添加支撑层来改善这个问题。理想的支撑层应同时具有轻质超薄、易加工、与peo的良好相容性等特点。纤维素具有很高的机械强度，能够有效抑制枝晶生长并且表面存在大量的羟基，可提高其与peo的相容性。细菌纤维素（bc）具有多孔结构的特点，是一种合适的支撑层来制备聚丙烯酰胺共混的超薄、高机械强度、高离子电导率peo基固态电解质，从而提高钠金属电池的能量密度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质及制备方法，利用聚丙烯酰胺提升peo基固态电解质的离子电导率，利用超薄的细菌纤维素作为支撑层，制备出具有高机械强度、高离子电导率的超薄的peo基固态电解质。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、将细菌纤维素原材料均匀分散于水溶液中，作为前驱液；

4、s2、将前驱液进行真空抽滤后烘干，得到细胞纤维素；

5、s3、将一定配比的peo与双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠以及聚丙烯酰胺在乙腈中进行混合搅拌，得到peo基固态电解质浆料；

6、s4、将peo基固态电解质浆料涂覆在细菌纤维素两面支撑层并烘干，细菌纤维素作为bc支撑膜，得到peo-bc膜；

7、s5、将烘干的peo-bc膜进行热压，得到peo基固态电解质。

8、优选的，所述步骤s1中，细菌纤维素原材料通过超声破壁机在水溶液中分散；破壁机的功率为800w；分散时间为30-60min。

9、优选的，所述步骤s2中，烘干温度为100℃，时间为12h。

10、优选的，所述步骤3中，peo和双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠按照[eo/na+]=15:1的比例配比，聚丙烯酰胺在peo与双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠以及聚丙烯酰胺中质量占比为30%，搅拌时间为12小时。

11、优选的，所述步骤4中，bc支撑膜的厚度为10-15μm，peo基固态电解质浆料的涂覆刻度为150-250μm；烘干过程为置于室温下6h后置于真空烘箱中于80℃条件下烘干12-24h。

12、优选的，所述步骤s5中，热压压力为45 mpa，热压温度为60℃，热压时间为15-30min。

13、本发明还提供了由上述一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质的制备方法制备的一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质。

14、因此，本发明采用上述的一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质及制备方法，其有益效果为：

15、1、本发明提出了一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质及制备方法，将聚丙烯酰胺（pam）与peo共混，由于pam含有大量的-nh2能够锚定阴离子，c=o基团能够促进钠离子的转移，有效的提高了peo基固态电解质的离子电导率；同时引入了细菌纤维素作为支撑层，通过简单的涂覆和热压技术，从而制备出超薄、高机械强度、高离子电导率peo基固态电解质；

16、2、peo基固态电解质的厚度是阻碍实现高能量密度的关键因素，细菌纤维素作为一种储量丰富、成本低廉的材料，可以构建peo基固态电解质的支撑层，从而有效地降低电解质膜的厚度，同时，纤维素表面存在大量的-oh，可以提高其与peo的相容性，是peo基固态电解质理想的支撑层，有利于全固态钠金属电池的高能量密度；

17、3、该高性能peo基固态电解质具有超薄、高机械强度、高离子电导率的优点，大幅度提升机械性能和电化学性能，使所组装的全电池具有良好的倍率性能和长循环寿命，有利于实现钠电池的高能量密度。

18、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，细菌纤维素原材料通过超声破壁机在水溶液中分散；破壁机的功率为800w；分散时间为30-60min。

3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，烘干温度为100℃，时间为12h。

4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，peo和双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠按照[eo/na+]=15:1的比例配比，聚丙烯酰胺在peo与双(三 氟甲基磺酰基)亚胺钠以及聚丙烯酰胺中质量占比为30%，搅拌时间为12小时。

5.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，bc支撑膜的厚度为10-15μm，peo基固态电解质浆料的涂覆刻度为150-250μm；烘干过程为置于室温下6h后置于真空烘箱中于80℃条件下烘干12-24h。

6.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，热压压力为45 mpa，热压温度为60℃，热压时间为15-30 min。

7.一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的一种聚丙烯酰胺共混的高性能peo基固态电解质的制备方法制备。

技术总结本发明公开了一种聚丙烯酰胺共混的高性能PEO基固态电解质及制备方法，属于钠金属电池固态电解质材料技术领域。将一定配比的PEO与NaTFSI以及聚丙烯酰胺在乙腈中进行混合搅拌，得到PEO基固态电解质的浆料；将细菌纤维素前驱液真空抽滤后烘干；将PEO浆料涂覆在细菌纤维素支撑层并烘干，得到的膜进行热压。其中，利用PAM含有的大量的‑NH<subgt;2</subgt;锚定阴离子，C=O促进钠离子的转移，有效的提高了该PEO基固态电解质的离子电导率；同时引入了细菌纤维素作为支撑层，通过简单的涂覆和热压技术，制备处具有超薄、高机械强度以及高离子电导率的聚丙烯酰胺共混的高性能PEO基固态电解质。技术研发人员：马越,郭宇翔,刘婷受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/12/23